基于APDL的全地面起重机臂架分析
基于APDL的伸缩臂参数化建模与分析方法研究
— — 一
訇 化
制造 软件
＿ ＝ ＿ ——一 、 ９ 南 嫱 ———— 二
基 于Ａ Ｐ ＤＬ 的伸缩 臂参数化建模 与分析方法研 究
Ｐａｒ ａｍ ｅｔ ｅｒ ｉ ｚ ｅｄ ｍ ｏｄｅｌ ｉ ｎｇ ａｎｄ ａｎａｌ ｙｓ ｉ ｓ ｍ ｅｔ ｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔ ｈｅ Ａ ＰＤ Ｌ
参 数 化 有 限 元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分 析 的核 心 内容 就 是 编 制 可 变
来 确 定 ，是 完成 优 化 设 计 和 自适 应 网 格 的 最 主 要
的 基 础 。它 同样 具 有 的功 能 ：标 量 参数 、数 组 参 数 、分 支 循环 、宏 以及 用 户程 序 等 ；而 且 ，ＡＰ ＤＬ
Ｏ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ （Ｉ － ） ． ０ ６
０ 引言
在 ＡＮＳ ＹＳ 分 析 中 ， 基 本 流 程 分 为 三 步 ： 建 模 、求 解 和 查 看 结果 。所 以 建模 的 准 确 性 将 直 接 影 响 着 接下 来两 步— — 求 解 和 分 析 结 果 的 查 看 。
白应光，卢博友 ，千勃心 ，李 静 ，曾伟祥
ＢＡＩ Ｙｉ ｎ ｇ — ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ， Ｌ Ｕ Ｂｏ — ｙ ｏｕ ， ＱＩ ＡＮ Ｂ ｏ － ｘ ｉ ｎ ， ＬＩ Ｊ ｉ ｎ ｇ， ＺＥＮＧ Ｗｅ ｉ － ｘ ｉ ａｎ ｇ
（ 西北农林科技大学 机械与 电子工程学 院，杨 凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ）
２ ）用ＡＮＳ ＹＳ 的命 令 流 文件 ，建 立 包含 实体 建 模 、分析 过程 和结 果处理 过程 的有 限元分 析流 程 。 ３ ）用 ＡＰ ＤＬ语 言将 抽 象 出 的特 征 参 数 代 替 建 模 中的参 数 ，构成 可 变参数 的有 限元 分析 流程 。 ４ ）根 据设 计 分 析 要求 ，将 参数 赋 予具 体 的特 征 值 ，并 进行 有 限元 计算 分析 ，获 取 结果 。
基于APDL的汽车起重机桁架臂参数化研究
的提高了分析效率 。
所涉及到的参 数众 多，计 算公式 繁琐 ，人工计算 效率低
且很容 易出现差 错。为了解 决这 类 问题 ，ＡＮＳ ＹＳ软件 提 供了 一 种 以命 令流方 式进 行分析 的功 能， 即 ＡＮＳ ＹＳ 参 数 化设 计 语 言 ＡＰ ＤＬ（ ＡＮＳ ＹＳ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
２ ． ２ 提取桁架臂结构特征参数
依 据 ＧＢ／ Ｔ ３ ８ １ １ － ２ ０ ０ ８起 重机设 计 规范 ，结 合 汽车
模 型 ，并进 行 各种相 关 的分析 计 算 。在对 实 体模 型进 起重 机 桁 架臂 结 构特点 提取 结 构特 征 参数 ： 桁 架臂总
行 参 数化设 计 时，ＡＮＳ ＹＳ提 供了 一 种参 数化设计 语言 长 Ｌ，截面高度 Ｈ，截面宽 度 Ｂ，滑轮 中心至根部 距离 Ｈ，桁 架 臂端 部截 面中旬 与根部截 面 中心 高度 差 ＤＨ， ＡＰ ＤＬ ，它 具 有 宏、循 环 、分支 等 程 序 语言 功 能 ，并 Ｌ 可 以提 供 简单 的截面定 制功能 ，实现参 数 的交互 输入 ， 桁 架 臂 根 部 接 头 销 孔 中心 与 主 弦 杆 临 近 起 始 点 距 离
据 起 重机 设 计 规范 ，提 取 了 ５ ０ ｔ 汽车 起 重机 桁 架臂 结
Ｚ ＸＧ ＨＤ－ － ４ １ 主弦 杆厚度 Ｆ Ｇ１ Ｚ Ｊ ＝ ４ ０ １ 腹杆 １ 直径 Ｆ Ｇ１ Ｈ Ｄ＝ ４ １ 腹杆 ｌ 厚度
Ｆ Ｇ ２ Ｚ Ｊ ＝ ３ ０ １ 腹杆 ２ 直径
运行 程序 ，从而可 以实现参 数化 建模 。
APDL语言在起重臂设计中的应用
1 轮式起重机起重臂概述伸缩式箱型起重臂是轮式起重机的主要承载构件，其力学性能的好坏决定了起重机的整机性能和市场竞争力。
随着我国经济实力和技术水平的不断提高，用户对起重机的实用性和可靠性要求越来越高，因此，实现产品系列化，缩短产品开发周期，提高产品性能已经成为轮式起重机各生产企业的核心竞争力。
伸缩臂起重机规格众多，工况也比较多，采用以往传统设计方法需要进行大量的繁复计算，工作量巨大，这不但增加了设计人员的劳动强度，同时也拉长了产品的设计周期，另一反面还会影响产品开发的成功率和可靠性。
由于轮式起重机目前已经形成型谱化、系列化，各起重机的使用场合和工况也差距不大，因此，相近吨位轮式起重机的起重臂的结构基本一致，因此，可以依据产品设计流程，通过修改和控制产品设计参数，实现起重臂设计的参数化。
这不但可以解决传统设计方法劳动强度大，开发周期长等不足，还可以通过对比相邻不同参数的起重臂吊重性能，达到找出影响吊重性能的关键因子，并优化设计的目的，并最终达到最优化的起重臂设计方案。
2 箱型起重臂设计流程采用有限元软件进行起重臂设计时，一般需要进行参数化建模、结构静力分析、结构动力分析、整体结构优化和局部机构改进五个过程。
起重臂的设计流程如图1所示。
起重臂的设计过程需要在初始方案的基础上进行多次校核和修改才能确定最终的结果。
因此，起重臂模型需要能够根据设计要求实时进行变动，有限元参数化建模就是通过宏文件调用的方式实现了初始模型的建立，并且这个模型可以在分析和优化后进行改变[1]。
结构静力分析就是在初始模型计算结果的基础上，分析模型的整体结构性能，如强度和刚度等，了解结构的危险部位以及整体应力和位移趋势，为结构局部改进和结构优化打下基础。
摘 要：本文以ANSYS 软件为平台，应用APDL 语言创建宏文件，通过宏命令控制和宏文件调用，并结合起重臂的设计流程，实现了吊臂设计的参数化。
应用这种方法提高了产品的性能，大大缩短了设计周期。
吊臂参数化建模仿真分析及其优化设计
吊臂参数化建模仿真分析及其优化设计通过APDL语言建立起重机吊臂的参数化模型，分析方管桁架吊臂和圆管桁架吊臂在结构受力和稳定性方面的差异，在同等重量下，方管吊臂比圆管吊臂的受力和稳定性均要好，然而圆管在工艺性和板梁结合消除应力集中方面比方管子有优势，此外通过相关参数的修改找到了较安全合理的吊臂结构形式。
标签：吊臂；参数化；结构；分析1 引言起重机机械作为一种重要特种设备在工业工程上得到广泛的应用，吊臂是起重机一个重要部件，主要分为箱体式和桁架式两种，桁架式吊臂根据用材的不同又分为圆管桁架吊臂和方管桁架吊臂两种。
本文通过中铁大桥局某码头吊机吊臂改造用APDL语言实现参数化建模，通过有限元模型来分析这两种吊臂结构形式在受力和稳定性上的优缺点，并且通过修改相关参数的方式来得到一种较安全合理的吊臂结构形式。
2 吊臂结构2.1 吊臂结构该码头吊机结构由臂尾、臂身和副臂组成。
臂尾臂头是管子和板材板梁结合，臂身是管材，副臂由板材拼焊而成的，主肢是吊臂主要受力构件，腹杆主要起加强主肢稳定性的作用。
2.2 吊臂参数化建模ANSYS有限元分析软件三维建模界面和方法不如其它大型CAD软件那样友好和直观，但是模型的兼容性、网格划分和后处理等方面有其它三维软件难以比拟的优势，尤其是导入的模型不能在ANSYS环境下进行参数化驱动。
本文直接在ANSYS环境下运用APDL语言，以吊臂仰角、臂长、吊臂截面尺寸、劲板位置和尺寸作为参数，实现建模的参数化。
根据该吊机吊臂的特点吊臂的主体结构采用板梁结合，板用的是shell63单元，主肢腹杆和销轴用beam188单元，钢丝绳用link10单元，销轴与板孔的连接用MPC约束方程的形式连接。
3 结构受力分析3.1 模型的加载与约束在吊臂铰轴处建立质量单元MASS21，质量单元与板孔处的节点通过刚性区域连接，约束质量单元的位移和旋转自由度（释放该处绕轴旋转的自由度rot y），约束钢丝绳一端节点位移自由度。
基于APDL的船用起重机吊臂参数化设计及优化的开题报告
基于APDL的船用起重机吊臂参数化设计及优化的
开题报告
本研究旨在基于ANSYS Parametric Design Language（APDL）实现船用起重机吊臂的参数化设计和优化。
船用起重机吊臂是船舶上重要的
装备之一，其设计和优化对于提高船舶的装卸效率及保证货物安全具有
重要意义。
本研究将通过建立起重机吊臂的三维模型并将其参数化，通过APDL 编程实现对模型进行数值分析并对吊臂的几何参数进行优化，以达到提
高起重机吊臂的载荷承受能力和强度、降低重量、提高工作效率的目的。
在研究过程中，将采用以下步骤实现参数化设计和优化：
（1）建立起重机吊臂的三维模型，定义其材料属性和边界条件，并进行初始数值分析以获得吊臂的载荷分布、应力和变形等参数。
（2）通过APDL编程实现吊臂模型的参数化，包括吊臂长度、截面形状、材料、吊钩位置等参数的建立和修改。
（3）对吊臂模型进行优化设计，以实现优化目标。
该优化目标可能会包括吊臂的最大承载能力、最小重量或其他设计要求。
（4）通过数值分析验证吊臂优化设计的有效性。
在设计完成后，进行数值分析以获得优化后吊臂的载荷分布、应力和变形等参数，并与初
始数值分析结果进行比较。
本研究的最终目标是通过基于APDL的参数化设计和优化，提高船
用起重机吊臂的设计效率和优化水平，从而为船舶和港口装卸作业提供
更加高效和安全的装卸处理手段。
基于APDL的汽车起重机伸缩臂参数化设计
ｔ ｎ ｏ ｅ ｃ ｕ ｈ ｎ ｌ ｔ ｔ ｄ ｅ ． ｈ ｔ ｃｕ ａ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ｅ ｃ ｓ ｉｇ ｐ ａｅ ａ ｅ ｓｕ ｉｄ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｄ ｂ ｓ ｄ ｉ ｆｔ ｒ ｓ ｉ ｇ ｐ ａｅ ｉ ｓｕ ｉｄ Ｔ ｅｓｒ ｔ ｒ ｌ ｒ ｍｅｅ ｓ ｆ ｈ ｒ ｈ ｎ ｌ ｔ ｒ ｔ ｄ ｅ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ａ ｅ ｏ ｈ ｓ ｕ ｐ ｔ ｕ
（ ｃｏｌ ｆ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｎ ｎｉ ｅ ｎ ，ａ ｕｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｉ ｃ ａｄＴｃ ｎｌｇ ，ａ ｕｎ００ ２ ， ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ Ｍａ ｒ ｌ ｃ ｎｅａｄＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｔｉ ａ ｎｖ ｓｙ ｆ ｃ ｎｅ ｎ ｅｈｏ ｙＴ ｉ ａ ３０ ４ Ｃ ｉａ ｅ ｅ ｉ ｎ ｉ ｙ ｅ ｉ Ｓ ｅ ｏ ｙ
关键词 ： Ｐ Ｌ语言 ； 重机伸 缩臂 ； ＡＤ 起 参数化设计
中 图分 类 号 ：Ｈ １ ． Ｔ ２ ３６ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １７ －０７ ２ １．３ ０ ０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．６ ３２ ５ ．０ ２ ０ ． １ ｓ
汽车 起重 机广 泛地 应用 于运输 、 卸 和 筑路 等 装 场 地或 临时 吊装 作业 ， 而伸 缩臂 作 为 汽 车起 重机 的
文章 编号 ：６ ３— ０ ７ ２ １ ）３— ２ ６— ６ １７ ２ ５ （０ ２ ０ ０ ０ ０
基于 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ的汽 车起 重 机伸 缩 臂 参数 化 设 计
丁振兴 ， 陶元芳 ， 薛孝磊 ， 石小飞
（ 太原科 技 大 学机械 工程 学 院 ， 太原 ００ ２ ） ３０ ４
摘 要： 针对汽车起 重机伸缩臂设计过程 中随着臂 长和起 重量的变化设计繁琐 的缺 点， 用有限元 采
基于APDL的起重机桁架式吊臂优化设计
三一 吊臂总长度 ；
一
吊臂在 回转平面 内的临界力 ；
弦管总长度 、中间臂节 的主弦管总长度 、 吊臂根部 臂节 和 顶部臂节 的腹管总长度 以及 中间臂节 的腹管总长度 ； Ｐ一 代表材料 密度。
关键词 ： ＡＰ Ｄ Ｌ 桁 架式吊臂 整体稳定性 单 肢 稳 定性
随着工 程 建 设 发展 的 需要 ，起重 机 吊臂 向桁 架 式
２ 确定 约束条件
发展 ， 吊臂 设 计 是否 合 理 ，将 直 接 影响 到起 重机 的承 ２ ． １ 吊臂 结构 强 度 条件 ：
载 能力 ． 因此 ， 设 计 的 吊臂应 该具 有足够 的强 度、 刚度 和稳 定性 ，在 此 基础 上保 证 重量 最 轻 不仅可 以降 低成
目标函数 ￣ ｆ （ ｘ ） ＝ ｐ ｌ ｖ ［ （ ２ ｒ １ ｔ ｌ —ｆ 】 ） ＋ （ ２ ｒ １ ｔ ２ 一ｔ ２ ２ ） ｌ ２ ］
０． ９Ｐ
以此作为最大 吊重工 况时的约束条件。
式中 ： 吊重在 回转 平面内的横 向分力 ；
横 向力 矩 ；
其中 ： ， 一 分 别为主弦管和腹管外径 （ 半 径 ）； ， １ ’ ｔ ： ～ 分 别为吊臂根部 臂 节、 中间臂 节 以及顶部
新建 模 求 解 。若 求解 结 果符 合 所有 约束条 件 ，则此 优
最 终得 到最优解 。
在旋 转平面 内，吊臂 由于外力作用而产生的最大 挠
端 挠度 为 ：
ＴＬ３ Ｍ
，
化解为 最优 解 ； 否则 ，应该 重复 上 面的优化 求解过 程 ， 度在 吊臂顶端 ，此处 由横 向力 和力矩共 同作用 引起 的臂
基于APDL的船用起重机吊臂的参数化设计
产品的设计周期 ， 提高产品的生产效率［ 。 ２ １
目前 ， 用起重 机在 我 国各 大航 运企 业船舶 上 船 已得 到广 泛使 用 ， 且将 系列 化思 想 引进到 产 品的设 计过 程 中 。吊臂作 为极其 重要 的部件 之一 ， 其结 构
性能直接关系到起重机的使用寿命。因此， 对于吊 臂结构的合理设计及分析成 为起重机设计过程 中
图 ３ 起重机 吊臂基本尺 寸参数
的参数 化 语 言 Ａ ＤＬ的命 令 重 新 编 辑 Ａ Ｙ Ｐ ＮＳ Ｓ分
＊Ｉ Ｆ，Ｓ Ｌ，Ｓ Ｗ ＷＬ，１０ Ｈ Ｎ ／此 处 ０ ，Ｔ Ｅ ／
析工具栏 ， 通过点击工具栏 中的按钮实现 吊臂 的快 速设计 。定义 吊臂快速分析工具栏的宏命令设置 如下 ：
２１ ０２年 ３月 中国制造业 信 息化
第４ １卷
第 ５期
基 于 ＡＰ ＤＬ的船 用 起 重 机 吊臂 的参 数 化 设 计
黄秋 芸 ， 文献 ， 唐 蔡运 迪
（ 江苏科技大学 机械工程学院， 江苏 镇江
２２０ ） １０ ３
摘 要 ： 对船 用起 重机 吊臂 的结 构 分 析 的基 础 上 ， 在 对船 用起 重机 吊臂 参 数 化 设 计 方 法进 行 了研 究 ， 用 Ａ ＹＳ参数 化设计 语 言 Ａ Ｄ 利 ＮＳ Ｐ Ｌ对某一船 用起 重机 吊臂 进 行 了参数 化设 计 与 分析 ， 出 提
个起 重机 质 量 的 ６ ％ 以上 ， 是 承 受 载 荷 的主 要 ０ 也
在设计系列化起重机时多采用纵向系列化设 计方法 ， 纵向系列设计产 品具有相似 的结构 ， 在设 计过 程 中 ， 于某些 部件 的模 型建模 、 对 网格 划分 、 载 荷 约 束施 加 以及 分 析 等 都有 很 大 程 度 的重 复 性 … 。因此 ， 在进 行 有 限元 分 析 时 ， 进参 数 化 设 引
基于APDL的平头塔式起重机模块化设计研究
二、故障树分析（FTA）
故障树分析是一种自上而下的风险分析方法，用于识别和解决可能导致系统故 障的原因。在塔式起重机设计中，我们可以通过故障树分析法，对可能影响设 备稳定性和安全性的因素进行识别和分析，例如电气故障、机械故障等。
三、根本原因分析（RCA）
根本原因分析是一种识别和理解问题根本原因的方法。在塔式起重机设计中， 我们可以使用根本原因分析法对故障进行深入分析，找出导致故障的根本原因， 从而进行针对性的设计改进。
，结果表明，优化后的平头塔式起重机在提高性能的同时，还降低了能耗和振 动水平。这充分证明了基于APDL的模块化设计方法在平头塔式起重机设计中的 实用性。
结论：
本次演示提出了一种基于ANSYS Parametric Design Language (APDL)的平 头塔式起重机模块化设计方法。通过结构参数化、模块划分、载荷施加与约束、 性能优化等步骤，实现了对平头塔式起重机的快速优化设计。
4、流体动力学分析：APDL的流体动力学模块可以模拟流体与机械结构的相互 作用，以评估其流体性能。
三、平头塔式起重机模块化设计 方案
1、结构参数化
首先，利用APDL的参数化功能，将平头塔式起重机的各个组成部分（如塔身、 臂架、平衡臂等）进行几何参数化。通过调整参数的数值，可以实现对起重机 结构的尺寸优化。
通过实际案例验证了该方法的有效性和实用性。该方法能够提高设计效率、降 低成本并促进各学科知识的融合，为平头塔式起重机的优化设计提供了一种新 的途径。
参考内容
随着科技的发展和工程需求的提升，塔式起重机在各类建筑项目中发挥着越来 越重要的作用。然而，传统的塔式起重机设计过程往往更注重功能和性能，而 忽视了造型设计的重要性。在本次演示中，我们将探讨如何基于QFDFBS（质 量功能展开、故障树分
基于APDL参数化的汽车起重机车架结构分析
Ｐ Ｒ Ｒ Ｎ的解 释 性 语 言 ，提 供 一 般 程 序 语 言 功 ＯＴＡ 能 ：参 数 、宏 、标 量 、 向 量 及 矩 阵 运 算 、分 支 、
循 环 、重复 以及 访 问 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 数 据 库 ， 以及 ＮＹ
流程 ；
而成的大箱形结 构 ，其 精确 的模 型是板 壳模 型， 解 算这 种模 型 比较好 的 方 法 是 有 限 元 法 ，可 以 全 面 而 细致 地 分 析 整 个 结 构 的应 力 和 变 形 。 为 克 服
结 构参 数 和 载 荷 参 数 ，即可 高效 地 完 成 汽 车 起 重
机 车架 Ｌ 的简 介
Ａ Ｄ （ ＮＹ Ｐ Ｌ Ａ Ｓ Ｓ参数 设计语 言 ） 是一 种类 似 于
再进一步对原始设计进行修改 。在进行 系列化产 品结 构设 计 及 其 优 化 设 计 时 ，将 参数 化 设 计 引入 到有 限元 结 构 分 析 中 ，实 现 结 构 参 数 快 速 调 整 ， 自动 生成 分 析 模 型 并 完 成 结 构 分 析 过 程 ，可 优 化 产 品结 构 、缩减 产 品设 计周 期 。 车架是 汽 车起 重 机 ３大 结 构 件 中 的一 个 重 要
④ 计算 时 ，对 上 车 载 荷 简 化 到 转 台 回转 中 心 的集 中力 和力 矩 不 作 处 理 ，然 后 再 用 梁 模 型计 算 截 面 应 力 。而实 际情 况 并 非 如 此 ，车 架 是 用 薄 板 焊 接
结构 抽象 出描 述模 型 的 特 征 参 数 ，并 对 分 析 模 型 在 不影 响精度 的情 况下 适 当简化 ； （ ）用 Ａ Ｓ Ｓ命 令 流程 文 件 建立 包 含实 体建 ２ ＮＹ 模 、分析 过 程 、结 果 处 理 过 程 在 内 的有 限元 分 析
基于APDL语言描述法的龙门起重机结构参数化建模过程
特种设备及检验检测 《机电技术》2010年第2期153基于APDL 语言描述法的龙门起重机结构参数化建模过程纪玉新（福建华橡自控技术股份有限公司, 福建 三明 365500）摘 要：龙门起重机结构复杂，采用简单的参数化建模对后期处理带来不便。
而用参数描述其特征尺寸，并在建立有限元模型与分析时，以参数表征其过程，从而实现可变结构参数的有限元分析。
这实质上是一种采用语言描述法进行结构的参数化设计。
本文根据龙门起重机的结构特点和基本参数，结合有限元技术建立了龙门起重机门架结构科学、合理的参数化有限元计算模型。
关键词：APDL 语言描述法；龙门起重机；参数化建模中图分类号：TH213.5 TB115 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2010）02-153-031 APDL 语言描述法基本思想与步骤该语言描述法的基本思想在实施时的具体步骤如下[1]：(1)根据模型的几何结构、特征形状抽象出描述模型的特征参数，并对分析模型在保证精度的前提下适当简化；(2)用ANSYS 的命令流文件建立包含实体建模、分析过程、结果处理过程的有限元分析流程； (3)用APDL 语言将抽象出的特征参数代替建模中的参数，构成可变参数的有限元分析流程；(4)根据设计分析要求，将参数赋予不同的特征值，并进行有限元计算分析，获取结果。
前三步工作完成后，在进行结构分析时只需重复第四步就可不断获得新的有限元分析结果。
甚至对并不了解有限元的具体分析过程与建模方法的人员使用起来也方便自如。
2 龙门起重机基本结构2.1 龙门起重机的基本结构组成本文以MG32t-38m 型龙门起重机为例，整个龙门起重机的基本结构组成如图1所示。
由下横梁，刚性支腿，柔性支腿，主梁，端梁，门框结构组成。
1-下横梁；2-刚性支腿；3-主梁；4-门框结构；5-连接端梁；6-挠性支腿 图1 龙门起重机结构简图其基本参数如下：龙门起重机的基本参数如下： 额定起重量：Q=32t 起升高度：H=11m 跨度：L=38m有效悬臂长度：l=9m 工作级别：A6小车质量：m=11814kg 额定起升速度：9.2m/min 小车运行速度：43.3m/min 2.2 龙门起重机模型简化 2.2.1 模型的简化RMG 龙门吊结构复杂，建立有限元模型过程中无法将所有因素都考虑进去，因此需要对龙门吊的结构进行必要的简化和合理的假设，建立既有利于有限元分析计算，又能较为真实地反映其实际工作状况的有限元分析模型。
基于APDL的甲板吊臂架结构参数化建模的分解集成法
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第 ６期
周 于 海 ， ； 于 ＡＰ 等 基 ＤＬ 的 甲板 吊臂 架 结 构 参 数 化建 模 的 分 解 集 成 法
・１ ２ ・ １９
下很好 的基 础．
１ 甲板 吊臂 架 整 体 结 构和 部 分 子 结 构 板 块 及 其 基 本 参 数
１ １ 甲板 吊臂架 建模 研 究及其 整体结构 特点 ．
对 固定不 变 的产品 ， 进行有 限元 结构 分析 时 ， 在 如 果 逐 一 地 进行 建 模 与分 析 ， 复 工作 量 将 相 当庞 重 大 ， 长 了设 计周 期． 延 另外 ， 程 实际 中很 多产 品 工 的设 计 都需 要 反复 进行 “ 计一 模一 析一 改 设 设 建 分 修 计 一 建模一 再 再分 析” 的过 程 ， 复进行 的再分 析 使 重 得 设计 分析 的效率 不高 ［ ］ １． 为 克 服上 述 重复 建 模 与分 析带 来 的 问题 ， 在 有 限元 建 模 与分 析 的过 程 中 ， 引入 结 构参 数 化设 计 的思想 ， 有 限元 建模 与分 析实 现参 数化 ［ ； 使 ３ 对 于 大 而复 杂 的结 构 件 ， 本 文 的研 究 对象 甲板 吊 如 臂架 ， 统 的参 数化 建 模方 法 因 Ａ Ｄ 传 Ｐ Ｌ程 序过 长 且参 数太 多 常常让人顾 此失 彼 ， 效率仍 然不 高． 本 文根 据 甲板 吊臂架 的特点将 臂架 整体结 构分 解成 若 干 子 结构 板块 ， 用 ＡＰ Ｌ语 言 分别 对 每个 板 利 Ｄ
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第 ３ 卷 第 ６期 １ ２０ 年 １ ０７ ２月
武汉理工大学学 （ 报鸯 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ
基于APDL的龙门吊结构优化设计
基于APDL的龙门吊结构优化设计摘要：龙门式起重机适用于港口码头、修造船厂、货场、车间和施工工地等，应用十分广泛。
本文以20t单主梁电动葫芦龙门吊为例，运用ANSYS提供的APDL语言进行参数化建模，并进行结构优化设计，最终确定龙门吊各主要截面的尺寸及板厚，并使整机在满足安全和使用要求的情况下自重最轻，阐述了一种龙门吊的优化设计方法和过程。
使用此方法不但大大减少了设计工作量和工作时间，使设计效率明显提高，而且使龙门起重机的结构更加优化合理。
关键词：APDL；龙门吊；结构优化设计；ANSYS1.概述龙门式起重机（以下简称龙门吊）在工业和制造等领域中广泛使用，但由于货种、作业场地、作业效率、用途的不同，导致龙门吊的设计有较强的单一性和不可重复性，因此设计师一般需要根据业主的需求专门定制设计。
目前，龙门吊金属结构设计广泛采用ANSYS有限元分析软件辅助计算，采用“方案设计→分析计算→修改方案→分析计算→……→确定最终方案”的常规设计流程，此种方法不仅耗费大量的时间和人力用于修改计算模型上，而得出的最终结果还不一定是最优解。
APDL语言可通过设计参数的调整，自动完成上述循环过程，并进行优化设计，从而减少修改模型和方案以及重新分析计算所花的时间，达到提高设计效率和设计最优化的目的。
2.建立有限元模型本文举例的龙门吊主要用于造船厂小型分段的吊装作业，主要技术参数见表1：龙门吊结构采用beam188单元建模，含有5个典型箱型截面，其中四个支腿采用变截面梁。
因截面尺寸和板厚为优化设计的设计变量，因此在建模时需要用代号表示各设计变量，并给出设计变量的初始值。
建立的有限元模型见图1。
3.加载和求解为简化分析过程，模型按两种最危险工况计算：工况一：在跨度中间起吊额定载荷；工况二：在最大悬臂端起吊额定载荷。
因为用梁单元模拟设计结构，缺少横隔板、焊缝、纵筋和法兰等对自重的影响，因此计算时采用加大重力加速度的方法弥补其影响，根据经验本例施加1.3倍的重力加速度。
全路面起重机起重臂主要结构设计
毕业设计说明书全路面起重机起重臂主要结构设计院部：机械工程学院学生姓名： ##指导教师：### 职称教授专业：机械设计制造及其自动化班级： ###########完成时间：二零一四年五月要摘机我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，随着经济建设的迅速发展，场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场起重机给起重机设计的需求也随之增加。
工况的不同也对起重机的性能要求越来越高，以上，全地面起重者带来无尽的挑战。
而我国起重机中汽车起重机比重达到80%所以全地面起重机研而全地面起重机起重能力比汽车起重机要强，机比重不高，以起重机起重臂为本文通过对全地面起重机研究，究是我国起重机研究的重点。
设计重点，零件的校核计算及结构设计，使起重设备运行平稳，定位准确，安全并独自能先进。
技术性可靠，完成零件图绘制及起重臂的总体结构设计，最后绘制设掌握起重机的设计方法，其主要目的是全路面起重机的结构和工作原理，计总图。
将自通过学习起重机的设计方法和步骤，提高我们分析问题和解决问题的能力，己所学的理论知识应用到实际工作生产中，培养实际动手能力。
支腿设计;主臂;：全路面起重机关键词;吊钩Abstractgradually is economy, China's infrastructure With the rapid development of municipal hydropower, conservancy and water increasing, road, airport, port, market growing, is also and other infrastructure construction scale construction demand also increases crane. Different working conditions and performance of crane of the increasingly high demand, endless challenges to the crane designer. But China's not achieve 80% above, all terrain crane is automobile crane crane in proportion to high, and all terrain crane lifting capacity is stronger than the automobile crane, so all terrain crane research is the research focus of crane in china. In this paper, through the study of all terrain crane, the crane boom is the focus on design, checking calculation accurate stable, operation hoisting equipment is and structure design of parts, the overall the alone and advanced safe and reliable, technology. And positioning, structure of jib design drawing, finally drawing design drawing. Its main purpose is to structure and working principle of the all terrain crane, master the design method of crane, the design method and steps of learning crane, improve our ability to analyze to knowledge application of theoretical the problems, and solve they will learn practical work in production, cultivation of practical ability.: all terrain crane; hook; the main arm leg design;Keywords目录全路面起重机起重臂主要结构设计 (1)1. 绪论 (1)1.1 起重机在国民经济建设中的作用与工作特点 (1)1.2 全路面起重机的几大特点 (2)2.全地面起重机的主要技术参数设定和工作级别 (3)2.2 工作级别的确定 (3)2.2.1 初选起重机整体的工作级别 (3)2.2.2 初选起重机机构的工作级别 (3)3. 起重机起升机构的设计计算 (4)3.1 起升机构的构成 (4)3.1.1 内燃机来驱动的起升机构的特点 (4)3.1.2 由电动机驱动的起升机构的特点 (4)3.1.3 液压驱动的起升机构的特点 (5)3.2 液压驱动的起升机构布置方式 (5)3.3 起升机构的各组成设计计算 (5)3.3.1 钢丝绳确定 (5)3.3.2 滑轮的计算决择 (6)3.3.3 卷筒的设计及选择 (7)3.3.4 卷筒系列组的确定 (8)3.3.5 钢丝绳和滑轮尺寸的最后调整 (9)3.3.6 起升马达的计算 (9)3.3.7 液压泵的精确计算和选择 (10)3.3.8 吊钩的设计，计算和决择 (11)4. 变幅机构的基本设计计算 (14)4.1 计算变幅力 (14)4.1.1 正常作业时的变幅力 (14)4.1.2 得最大变幅力为 (14)4.2 计算选用液压缸 (14)4.2.1 液压缸筒内径的计算 (14)4.2.2 计算活塞杆直径 (15)4.2.3 缸筒壁厚度及外径的计算 (16)5. 臂架伸缩机构的基本设计计算 (18)5.1 确定臂架伸缩机构的驱动形式........................................................................185.2 计算臂架伸缩阻力 (18)5.3 臂架伸缩液压缸的基本计算及选择 (19)5.4 对液压泵校核以及臂架伸缩时间的计算 (20)5.4.1 伸臂运动的计算 (20)5.4.2 计算缩臂时间 (21)结论........................................................................................................................22致谢 (23)I1. 绪论1.1 起重机在国民经济建设中的作用与工作特点起重机械是对物料进行起重，运送，装卸和装配作业的机械。
[陶元芳]基于APDL的汽车起重机伸缩臂参数化设计
![[陶元芳]基于APDL的汽车起重机伸缩臂参数化设计](https://img.taocdn.com/s3/m/c7c148067cd184254b3535db.png)
汽车起重机广泛地应用于运输、 装卸和筑路等 而伸缩臂作为汽车起重机的 场地或临时吊装作业， 最关键部件， 其设计及结构直接决定了该起重机的 性能
［12 ］
变化， 使得在设计臂架时工况多， 计算繁琐。 同时， 在采用 ANSYS 软件进行伸缩臂的有限元分析时 ， ANSYS 的全英文界面使得设计人员深入学习较为 困难。因此， 采用参数化设计方法对设计过程进行
图1 伸缩臂架典型截面类型来自图3相关按钮Fig． 1 The typical section type of telescopic boom
Fig． 3 The relevant buttons
要实现伸缩臂架的参数化建模， 必须提取有效的 臂架几何尺寸参数以作为变量， 以此作为参数化臂架 的依据。由于伸缩臂架较为复杂， 因此在建模时需要 进行必要的简化 。下面以大吨位汽车起重机常用的 U 形臂架为例， 介绍伸缩臂架的参数化建模。
1
伸缩臂的参数化建模
汽车起重机的伸缩臂架一般由基本臂、 伸缩臂
及附加臂组成， 在伸缩臂架中安装有伸缩液压缸， 靠它来使臂架伸缩。 各节臂架之间有导向元件导 多采用滑块式导向元件。 变幅液压缸使臂架俯 向， 仰， 根据其布置位置， 分为前置式及后置式
［1 ］
。因
此， 对于伸缩臂架的完整建模， 十分复杂， 而且也没 有必要， 本论文仅讨论分析主要结构伸缩臂及其导 向元件滑块的受力分析。 1． 1 伸缩臂建模 汽车起重机的伸缩臂属于双向压弯构件， 除受 有整体强度、 刚度以及稳定性的约束外， 还受局部稳 因此把伸缩臂设计成箱型截面是合理 定性约束， 的
太
原
科
技
大
学
学
报
2012 年
3 * CSET， 7， 9， DENS， 7． 85E9 密度（ t / mm ） ： ，
基于APDL的汽车起重机伸缩臂参数化分析
伸缩 臂是 汽车起 重 机 最 为重 要 的部 体 ， 重量 其
约 占整机 的 ２ ％～３ ％ ， Ｏ ０ 减轻 吊臂 重量 ， 增大 吊臂 刚 度是 改善 汽 车 起 重 机 性 能 的 重 要 途 径 ， 因此 ， 要 需
收 稿 日期 ：０ ２０ －１ ２ １ － ２ ２
作者简介 ： 程鹏 （９ ６一）男 ， １８ ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为起重机金属结构有限元分析和优化设计 。
第 ３ 第 ５期 ３卷
程鹏 ， ： 于 Ａ Ｄ 等 基 Ｐ Ｌ的汽车 起重 机伸 缩臂参 数化 分析
３３ ９
触 面 的耦 合 ， 种 耦 合 比建 立 接 触 对 的 方 式 简 便 ， 这 并 且 应用 线 性 计 算 方 法 ， 有 计 算 量 小 、 算 速 度 拥 计 快 和 计算 精 确 的 优 点 ］ 。为 了保 证 焊 接 工 艺 而 设 计 的边 缘加 强 部分 对计 算 结 果 影 响很 小 ， 以建 立 所 有 限元 模 型 时 进 行 了 简化 。臂 头 加 强 筋 和臂 根 加 强 板均 由面代替 ， 只是 适 当增加 了面 的厚度 。实 际
制程 序 ， 通过 宏命令 操 作 实 现对 起 重机 伸 缩臂 的参 数化 ， 方便 快捷 的 进 行 起 重 机 的 设 计 和 分 析 ， 免 避 了传统 设计 和校 核 中重复计 算带 来 的麻 烦 。
１ 有 限 元模 型 建 立
Ａ Ｓ Ｓ软 件 提 供 了 两 种 工 作 模 式 ， 机 交 互 ＮＹ 人
臂 根与 转 台铰 接 处 由于 筋 板 较 多 ， 力 比较 复 杂 ， 受
全地面起重机组合臂架复合运动的动态特性研究
全地面起重机组合臂架复合运动的动态特性研究刘士明;徐文凭;孟丽霞【摘要】为了准确描述全地面起重机组合臂架结构复合运动的动态特性问题,利用APDL语言编制典型全地面起重机组合臂架系统瞬态动力学分析的参数化处理程序,采用MPC184单元对组合臂架各构件之间的连接进行模拟,对组合臂架进行自动建模、加载和求解.以典型的全地面起重机组合臂架为例,研究了组合臂架变幅与回转复合运动的动态特性,获得变幅副臂吊点位置的位移、速度以及回转中心处支反力的变化规律,并与刚体动力学分析结果比较.研究结果表明,全地面起重机组合臂架系统复合运动的动态特性分析结果符合起重机的真实运动规律;基于APDL参数化建模实现了全地面起重机柔性组合臂架系统复合运动动态特性的高效仿真分析.%In order to accurately analyze the dynamic characteristics of the compound motion in the working process of all-terrain crane combined boom,APDL language was used to program the parametric processing for the transient dynamic analysis of the typical all-terrain crane combined boom system.Besides,the connection between the components of the combined arm frame was simulated by using MPC184 unit,so as to model,load and solve the problems of combined boom automatically.Taking the typical all -terrain crane combined boom as an example,this paper analyzes the dynamic characteristics of its variation and rotation amplitude,and compares the rigid body dynamics analysis results with the variation laws of the displacement of the lifting point as well as the velocity and reaction force at the center of gyration.The results show that the dynamic characteristics analysis results of compound motion conform to the realmotion law.Besides,the efficient simulation analysis can be realized based on the parametric modeling in APDL.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】5页(P15-19)【关键词】全路面起重机;组合臂架;复合运动;动态特性;参数化建模;ANSYS【作者】刘士明;徐文凭;孟丽霞【作者单位】沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TH213.6;TH1130 引言全地面起重机组合臂架结构是典型的柔性多体系统，在实际工作中经常会进行起升、变幅、回转等基本运动之间的复合运动，研究其复合运动的动力学行为对组合臂架的结构设计及优化分析具有现实的意义。
基于APDL参数化建模的结构吊装工程吊点布置优化
孟宣瑛，李立军
太原理工大学土木工程学院，山西 太原
收稿日期：2020年2月26日；录用日期：2020年3月12日；发布日期：2020年3月19日
文章引用: 孟宣瑛, 李立军. 基于 APDL 参数化建模的结构吊装工程吊点布置优化[J]. 土木工程, 2020, 9(3): 228-237. DOI: 10.12677/hjce.2020.93026
DOI: 10.12677/hjce.2020.93026
2. 多目标粒子群算法
2.1. 粒子群算法
粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)同遗传算法、模拟退火算法、神经网络算法和蚁群 算法一样，是一种进化计算技术(evolutionary computation)，由 Eberhart 博士和 Kebbedy 博士于 1995 年发 明[6] [7]。PSO 算法启发自鸟群捕食行为，其概念简明、实现方便、具有较强的全局搜索能力且收敛速度 快，因而很快被成功应用于各个工程领域。但是 PSO 算法本身存在一定的局限性，在处理多峰值优化的 情况时，可能会陷入局部最优，无法判断求解结果是否实际最优，使用中需要采取各种措施来加以避免。
Open Access
1. 引言
近年来，国内外建筑结构愈发趋于大跨度、超高层和异形，而复杂的结构形式以及地质特点不仅对 结构设计提出了更高的要求，还必须严格把控结构在施工过程中产生的内力和变形，所以施工阶段结构 的力学性能分析成为研究的热点和难点。结构吊装中出现的吊点优化问题便是施工力学研究涉及的优化 控制范畴[1]。为得到最佳的吊装方案，学者们提出了许多行之有效的方法：重庆大学张小明[2]应用有限 元法引入函数满意法和能量法对钢桁架起吊高度和吊点布置进行了优化；大连理工大学陈博文[3]结合粒 子群算法和有限单元法将最小应变能作为优化目标对海洋平台甲板吊点进行优化；大连理工大学李瑞等 人[4]通过吊点适应度评估和粒子群算法优化了船体分段吊装中的吊点位置；江苏科技大学李二虎等人[5] 将改进后的遗传算法融入到了船台分段吊装顺序优化的分析模型中等。可以明晰，智能优化算法应用于 工程实际优化问题正在成为目前优化设计分析的一个发展趋势。智能优化算法受启发于自然界中的各种 自然现象和生物的群体行为，通过群体寻优和逼近来得到最优解，对目标函数和约束条件的要求宽松， 具有很高的优化效率，非常适合处理较为复杂的优化问题。但是使用其优化吊点布置多采用单一标准作 为优化目标，多目标优化涉及较少。而大多数实际工程采用单目标优化往往并不能很好地实现方案优化， 最终都会归结于多目标优化，智能进化算法的提出和发展完善为多目标优化问题提供了新的求解思路， 相较于传统方法更具优势，本文在确定吊点高度时，就引入了多目标粒子群算法。
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基于APDL的全地面起重机臂架分析
作者：宋轶，杜玉龙
来源：《科技创新与生产力》 2014年第6期
宋轶，杜玉龙
（太原重工技术中心，山西太原 030024）
收稿日期：２０14－02－20；修回日期：２０14－05－22
作者简介：宋轶（1986-），男，山西忻州人，硕士，主要从事工程机械设计研究，E-mail：songyi_kobe@。
1 全地面起重机主要问题概述
全地面起重机臂架系统包括：伸缩主臂、塔式副臂、固定副臂、塔臂前后撑杆、塔臂前拉板、超起撑杆、超起后拉板、超起钢丝绳、变幅油缸，可以根据不同作业要求进行臂架组合。
以太原重工股份有限公司设计的某型号全地面起重机为例，针对超起主臂工况为例进行说明。
2 全地面起重机臂架系统计算方法
2.1 解析计算
依据起重机设计规范和起重运输机结构[1-2]，对图1所示主臂、副臂截面进行分析，
式中：N为臂架轴向压力；A为臂架计算截面的截面积；Mx，My为仅由横向载荷在变幅平面和旋转平面引起的计算截面弯矩；NEx，NEy为臂架在变幅平面和旋转平面的临界力；Wx，Wy 臂架计算截面对轴x和y轴的抗弯模量；σ为许用应力。
解析计算简便，计算速度快，但其只能针对某个截面，对臂架强度没有整体把握，因此运用有限元软件对臂架进行分析。
2.2 利用beam单元进行等效
将全地面起重机臂架系统进行等效（见图2）。
对全地面起重机各部件的结构特点和力学模型分析，主臂和超起撑杆用Beam188三维弹性
梁单元简化[3]，Beam188属于3D弹性梁单元，具有6个自由度，可以分析非线性问题。
变幅
油缸属于二力杆，只能承受拉压，不能承受弯矩，可用Link8或者Link10分析[4]，如果使用
非线性计算则只能选用Link10分析。
拉板是由多个拉板节连接而成，作业时一直处于张紧状态，只能承受张力，故用Link10单元模拟，且能考虑非线性大变形特性。
按图3所示节点建立主臂臂节，在臂销处和滑块搭接处进行自由度耦合，在油缸根铰点和
主臂根铰点处施加位移约束。
将臂架简化为beam单元进行有限元建模分析时，由于beam单元建模简单，计算速度快，
因此这种方法分析效率较高，但其忽略了加强筋和加强板对臂架结构的影响。
3 基于MATLAB的臂架有限元批量分析
在对全地面起重机进行起重性能计算时，要对大量工况进行分析计算，同时要求计算结果
精确。
如果逐一建模分析，将浪费大量时间，分析效率降低。
笔者基于MATLAB编程输出臂架批量分析的APDL命令，进行臂架不同工况组合的快速分析，既提高了分析精确性，又提高了分析效率。
首先建立各节臂及超起撑杆的有限元模型，在各臂节上下滑块、销孔处建立节点集合，并
依据一定的命名规则对各集合进行命名，方便查看及程序自动识别。
以图4所示二节臂为例对各节臂集合进行说明，其他各节臂命名方式相同。
此外还应对超
起撑杆与外部结构相连各节点建立集合并命名，对臂头各连接点建立集合并命名，以便程序自
动识别（见表1）。
由于臂架伸缩组合后要在对应滑块及销孔处建立节点和刚性区域，并进行自由度的耦合，
因此要得出相应销孔及滑块的位置。
首先将各臂节销孔及滑块相对于本臂节原点的坐标作为原
始坐标，其坐标位置见表2。
其次得出每节臂在不同伸缩长度下相对上节臂的伸缩量（见表3）。
根据每节臂相对于上节臂的伸缩量即可得到每节臂相对于总体坐标系的伸缩长度，从而得到各
个销孔及搭接滑块的位置，建立相应的约束，使各臂节组成一个整体。
通过程序可生成某工况的有限元模型，然后进行结构强度分析，稳定性屈曲分析。
利用MATLAB对臂架组装、结构强度分析、稳定性分析、计算结果保存、应力结果截图、数据表格输出的APDL命令流进行自动生成，并后台调用ANSYS进行分析计算，可以进行多工况的批量分析，提高了分析效率。
程序可以对标准主臂、超起主臂、标准塔臂、超起塔臂、固定副臂等工况进行批量分析，对全地面起重机起重性能的确定提供了更为详尽的理论依据。
4 结论
全地面起重机的起重性能是其作业的重要依据，是重要的性能指标，操作时必须严格按照起重性能的要求进行吊载，因此确定起重性能就成为一项重要的工作。
笔者提供的可供选择的臂架强度校核方法，可以提高分析计算的效率。
而且对臂架强度的危险点有更加深刻的了解，有利于对臂架结构进行细节的完善。
参考文献：
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（责任编辑石俊仙）。